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1、鋁合金攪拌摩擦焊的焊接工藝評定南車集團株洲電力機車有限公司盛建輝(湖南株洲412001)株洲九方焊接技術(shù)研究所胡煌輝金杏英易著寬(湖南株洲412001)摘要:考慮到鋁合金材料用于城軌車輛的適應(yīng)性,采用FSW與MIG對比試驗的方法來進行進行工藝評定研究,為綠色、環(huán)保的攪拌摩擦焊在城軌車輛中的應(yīng)用作準備。關(guān)鍵詞:攪拌摩擦焊工藝評定試驗Pickto:consideringthealuminumalloymaterialusedintheadaptabilityoftheurbanrailvehicles,usingFSWandcontrast
2、testmethodstoMIGfortechnologyevaluationresearch,forthegreenandenvironmentalprotectionoffrictionstirweldingincityrailvehiclesfortheapplication.Keywords:frictionstirweldingprocedurequalificationtest一前言攪拌摩擦焊是由英國焊接研究所(TheWeldingInstitute)1991年發(fā)明的一項新世紀最具革命性的新型連接方法。該技術(shù)自發(fā)明以來就得到
3、了國際專利保護,并以很快的速度在全球工業(yè)制造領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用,在十多年時間里,該技術(shù)已應(yīng)用到航空航天、船舶、軌道交通、汽車等行業(yè)在內(nèi)的眾多領(lǐng)域。攪拌摩擦焊技術(shù)(簡稱FSW)是一項焊接工件不熔化的固相連接技術(shù)。該技術(shù)是依靠攪拌頭的圖1攪拌摩擦焊工作原理旋轉(zhuǎn)與被焊接材料之間的機械摩擦作用,獲得接近但低于材料熔點的焊接溫度。所以攪拌摩擦焊過程中不存在金屬熔化,屬于一種新型的固相連接方法。攪拌頭是該技術(shù)的核心部分,由攪拌針和軸肩兩部分組成。焊接過程中,攪拌頭高速旋轉(zhuǎn),攪拌針深入到工件內(nèi)部,軸肩緊壓在工件表面(保持一定的壓入量)。高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭
4、與工件之間摩擦,產(chǎn)生大量的摩擦熱。由于摩擦熱的作用以及攪拌頭的粉碎、擠壓作用,攪拌頭周圍金屬在焊接過程中將發(fā)生嚴重的熱塑性變形,從而釋放大量的塑性變形能。在摩擦熱及塑性變形能的綜合作用下,接頭金屬實現(xiàn)塑性流動并擴散連接,如圖1。7攪拌摩擦焊技術(shù)作為一種全新的焊接技術(shù),擁有諸多獨特的優(yōu)點,對于輕金屬材料(如鋁、銅、鋅等)的連接在焊接方法、力學(xué)性能和生產(chǎn)效率上具有其他焊接方法不可比擬的優(yōu)越性。攪拌摩擦焊焊縫接頭具有優(yōu)良的力學(xué)性能和小的焊接變形,焊接過程中不需要添加保護氣和焊絲,沒有熔化、煙塵、飛濺及弧光,是一種環(huán)保型的新型連接技術(shù)。比較適合
5、我公司鋁合金城軌車輛的焊接,。為此,針對城軌車輛常用鋁合金材料,進行工藝評定研究,為攪拌摩擦焊在城軌車輛中的應(yīng)用作好技術(shù)儲備。二項目簡介和試驗方案采用FSW焊與MIG焊對比性試驗的方法來進行“攪拌摩擦焊工藝評定”。由于GZL3和SPL2地鐵車輛鋁合金現(xiàn)用MIG焊進行焊接,已有符合質(zhì)量要求的性能標準,因此,F(xiàn)SW焊的接頭工藝性能試驗應(yīng)采用以MIG焊接頭工藝性能試驗數(shù)據(jù)為標準,兩者相比較進行工藝評定,才能反映出攪拌摩擦焊接頭性能較之MIG焊接頭性能的優(yōu)劣。其中:1.已做過MIG焊接頭工藝性能評定的項目,只要做相同工件、相同材料、相同規(guī)格的F
6、SW焊的接頭工藝性能試驗,然后與MIG焊接頭性能進行比較,得出FSW焊工藝性能評定。2.未做過MIG焊接頭工藝性能評定的項目,則要同時做相同工件、相同材料、相同規(guī)格的MIG焊接頭性能試驗和FSW焊的接頭工藝性能試驗,然后兩者接頭性能進行比較,得出FSW焊工藝性能評定。根據(jù)生產(chǎn)應(yīng)用和技術(shù)需求綜合考慮,確定本次采用對接接頭進行焊接工藝評定。評定材料選用城軌車輛常用的5083,6082及6005型材。試件尺寸均為365×150。其試件編號見表1。每組材料有6或10個試件,以保證能優(yōu)化出攪拌摩擦焊焊接工藝參數(shù)。每種材料均進行優(yōu)化試驗來確定焊接工
7、藝參數(shù)。用優(yōu)化后的FSW參數(shù)進行試板焊接;然后做X-射線檢驗和著色檢驗、金相檢驗和力學(xué)性能試驗。表1優(yōu)化試驗攪拌摩擦焊焊接試件編號材質(zhì)板厚/mm編號50833010203040506070809106082611121314151617181920608210212223242526272829306082+50836313233343536373839406005A3414243454748三、焊接工藝試驗1.將試件對接邊邊緣的毛刺及油污擦凈,將試件在工作臺上裝夾好。兩端必須夾緊,防止焊接時漲開。2.先進行焊接工藝參數(shù)的優(yōu)選,然后按照
8、選定的工藝參數(shù)進行試件的焊接。優(yōu)選后的試件編號見表2。表2攪拌摩擦焊優(yōu)化取樣后的焊接試件編號材質(zhì)板厚/mm編號508330809106082611122060821027296082+50836313940